Un planeta que sigui candidat a ser habitat, sens dubte, experimentarà catàstrofes i esdeveniments d’extinció. Si la vida ha de sobreviure i prosperar en un món, ha de tenir les condicions intrínseques i ambientals adequades per tal que sigui així. (CENTRE DE VOLS ESPACIALS DE LA NASA GODDARD)

Com era quan es van formar els primers planetes habitables?

Els primers planetes eren només de gas. El segon incloïa els rocosos, però la vida no era possible. Aquí és com finalment vam arribar.

A l’Univers d’avui, els planetes potencialment habitables són pràcticament a tot arreu. La Terra pot ser la plantilla d’allò que considerem habitable, però podem preveure una gran varietat de circumstàncies molt diferents de les nostres que també podrien donar suport a la vida a llarg termini.

Amb el temps arribem a la formació de la Terra, però, han passat més de 9 mil milions d’anys des que es va produir per primera vegada el Big Bang. No és raonable suposar que l’Univers necessitava tot aquell temps per crear les condicions necessàries per a l’habitabilitat. Quan mirem la recepta d’un habitable, podrien haver-se originat molt abans. Els ingredients per a la vida són una part del trencaclosques, però no són tota la història. Hem d’aprofundir per formar un planeta habitable.

Alguns dels àtoms i molècules que es troben a l’espai del núvol magellànic, tal com s’imagina el telescopi espacial Spitzer. La creació d’elements pesats, molècules orgàniques, aigua i planetes rocosos eren necessaris perquè fins i tot tinguéssim la possibilitat de produir-nos. (NASA / JPL-CALTECH / T. PYLE (SSC / CALTECH))

El primer que necessita és el tipus d’estrella adequat. Hi podria haver tota mena d’escenaris en què un planeta pugui sobreviure al voltant d’una estrella activa i violenta, i romandre habitable malgrat l’hostilitat. Les estrelles nanes vermelles, com Proxima Centauri, podrien emetre bengales i corrien el risc de despullar l'atmosfera d'un planeta potencialment habitable, però no hi ha cap raó que un camp magnètic, una atmosfera gruixuda i una vida prou intel·ligent per cercar refugi durant un esdeveniment tan intens. tots es podrien combinar per aconseguir que aquest món sigui habitable de manera sostinguda.

Però si la vostra estrella té una vida massa curta, l’habitabilitat és impossible. La primera generació d’estrelles, coneguda com a estrelles de la població III, falla en aquest compte. Necessitem que les estrelles continguin, almenys, alguns metalls (elements pesats més enllà de l’heli), o no viuran el temps perquè un planeta sigui hospitalari per a la vida, cosa que ja ens situa uns 250 milions d’anys després del Big Bang.

Les primeres estrelles i galàxies de l’Univers estaran envoltades d’àtoms neutres de (majoritàriament) gas hidrogen, que absorbeix la llum de l’estrella. Les grans masses i altes temperatures d’aquestes estrelles primeres ajuden a ionitzar l’Univers, però sense elements pesats, la vida i els planetes potencialment habitables són del tot impossibles. (COMPLEMENTador NICOLE RAGER / FUNDACIÓ NACIONAL DE CIÈNCIES)

Si suposem que podem formar estrelles de masses prou baixes que poden seguir cremant durant milers de milions d’anys, el següent ingredient que necessitem és el tipus adequat de planeta. Pel que entenem de la vida, això vol dir que el món necessita:

  • un gradient d’energia, on tingui una entrada d’energia no uniforme,
  • la capacitat de mantenir una atmosfera prou substancial,
  • aigua líquida d'alguna forma a la superfície,
  • i els ingredients crus adequats perquè la vida, donada la confluència adequada de circumstàncies, pugui sobreviure i prosperar.

Hi ha un planeta rocós de mida prou gran, formant-se amb la densitat atmosfèrica adequada i orbitant el seu món a la distància adequada. Tenint en compte tots els planetes que possiblement es podrien formar al voltant d’una nova estrella i el nombre astronòmic d’estrelles formades a cada galàxia, aquestes tres primeres condicions són fàcils de complir.

30 discs protoplanetaris, o proplyds, tal com han imaginat Hubble a la nebulosa d'Orió. Formar una estrella amb planetes rocosos al seu voltant és relativament fàcil, però formar una amb condicions similars a la Terra de maneres subtils, però importants, és molt més difícil. (NASA / ESA I L. RICCI (ESO))

Orbitar una estrella proporcionarà un gradient energètic, tal com podria orbitar un planeta, tenir una lluna gran o simplement estar geològicament actiu. Ja sigui a partir d’entrada solar o d’activitat hidrotermal / geotèrmica, una entrada d’energia no uniforme és fàcil. Amb prou elements del carboni, hidrogen, nitrogen, oxigen i alguns altres, una atmosfera substancial permetrà aigua líquida a la superfície. Els planetes amb aquestes condicions haurien de ser existents amb el temps que l’Univers té només 300 milions d’anys.

Una il·lustració d’un disc protoplanetari, on primer es formen planetes i planetesimals, creant “buits” al disc quan ho fan. El disc exterior proporciona el material que acaba creant mantells, crostes, atmosferes i oceans de planetes com el nostre. Es necessita moltes generacions d’estrelles per arribar a un sistema planetari que pot tenir un planeta semblant a la Terra amb els nivells adequats d’abundància d’elements pesats per donar suport a la vida tal com la coneixem. (NAOJ)

Però la principal barrera que cal superar és tenir a la taula periòdica suficients d’aquests elements més pesants essencials per a la vida com ho sabem. I això requereix més temps del que es necessita per fer planetes meravellosos amb les condicions físiques adequades.

El motiu pel qual necessiteu aquests elements és per habilitar les reaccions bioquímiques adequades que necessitem per tenir processos de vida. A les ubicacions de les perifèries de les grans galàxies, pot trigar molts milers de milions d’anys perquè hi hagi suficients generacions d’estrelles per viure i morir per aconseguir aquesta abundància necessària.

La relació entre on es troben les estrelles a la Via Làctia i la seva metalicitat o la presència d’elements pesats. Les estrelles situades a uns 3000 anys llum del disc central de la Via Làctia, en una distància de desenes de milers d'anys llum, tenen una gran quantitat d'elements pesats i similars al Sistema Solar. Però abans de la història de l’Univers, cal apropar-se més al centre galàctic d’una galàxia espiral o a les ubicacions d’entrada adequades d’una el·líptica molt evolucionada per trobar nivells d’elements pesats. (ZELJKO IVEZIC / UNIVERSITAT DE WASHINGTON / COL·LABORACIÓ SDSS-II)

Però en el cor de les galàxies, on la formació d’estrelles es produeix amb freqüència, contínuament, i fora de les restes reciclades de generacions anteriors de supernoves, nebuloses planetàries i fusions d’estrels de neutrons, l’abundància pot augmentar ràpidament. Fins i tot a la nostra pròpia galàxia, el clúster global Messier 69 aconsegueix fins al 22% del contingut pesat d’elements del Sol amb el temps que l’Univers té només 700 milions d’anys.

El clúster global Messier 69 és altament inusual per haver estat increïblement antic, amb només un 5% de l’edat actual de l’Univers, però també té un contingut en metall molt alt, amb un 22% de la metal·licitat del nostre Sol. (ARXIU DE LEGACIA HUBBLE (NASA / ESA / STSCI), VIA HST / WIKIMEDIA USUARI COMÚ USUARI RRRR FABIAN)

El centre galàctic, però, és un lloc relativament difícil perquè un planeta sigui considerat habitable fora d’un dubte raonable. Allà on tinguis estrelles formant-se contínuament, tens una espectacular mostra de focs còsmics. Els esclats de rajos gamma, les supernoves, la formació de forats negres, els quàsars i els núvols moleculars que s'esfondren fan que, en el millor dels casos, es produeixi un entorn precari perquè la vida pugui sorgir i mantenir-se.

Per tenir un entorn on puguem afirmar amb confiança que la vida sorgeix i es manté, cal que aquest procés arribi a un final brusc. Necessitem alguna cosa per aturar la formació d’estrelles, que al seu torn posa el kibosh en l’activitat que més amenaça d’habitabilitat en un món. És per això que els primers planetes habitables més sostinguts podrien no estar en una galàxia com la nostra, sinó en una galàxia vermella i morta que va deixar de formar-se estrelles fa milers de milions d’anys.

Els cúmuls de galàxies, com Abell 1689, són les estructures lligades més grans de l'Univers. Quan es fusionen espirals, per exemple, es formen un gran nombre d’estrelles noves, però, o bé després de la fusió o mitjançant la velocitat a través del medi intra-cúmul, es pot extreure el gas, donant lloc al final de la formació d’estrelles. (NASA, ESA, E. JULLO (JET PROPULSION LABORATORY), P. NATARAJAN (UNIVERSITAT YALE), I J.-P. KNEIB (LABORATOIRE D'ASTROPHYSIQUE DE MARSEILLE, CNRS, França))

Quan ens fixem en les galàxies actuals, aproximadament el 99,9% d’elles encara tenen poblacions de gas i pols, cosa que provocarà noves generacions d’estrelles i una formació d’estels constant i continuada. Però, aproximadament 10.000 milions d’anys o més, les galàxies de l’1 a 1000 van deixar de formar noves estrelles. Quan es va esgotar el seu combustible extern, que podria produir-se després de la fusió d'una galàxia catastròfica important, la formació de les estrelles arriba bruscament al final. Sense que es formin noves estrelles, les més massives i negres simplement acaben la vida quan es queden sense combustible, deixant les estrelles més fresques i vermelles com les úniques supervivents. Aquestes galàxies són avui en dia conegudes com a galàxies “vermelles i mortes” com a resultat, perquè totes les seves estrelles són estables, velles i sense obstacle per la violència que la nova formació d’estrelles provoca.

Una d’elles, la galàxia NGC 1277, fins i tot es pot trobar al nostre relativista pati còsmic.

La galàxia

La recepta d’un planeta habitable, al més aviat, podria ser

  • forma estrelles ràpidament,
  • un cop rere altre,
  • en una regió molt densa d'una gran galàxia,
  • seguida d’una important fusió,
  • amb un esclat massiu,
  • seguit d’una formació de fi d’estels sobtada que persisteix per al futur indefinit.

Això ens podria portar a les estrelles i als planetes amb abundàncies d’elements pesants semblants al Sol en poc més de mil milions d’anys, on la formació d’estrelles s’acaba amb el temps que l’Univers és només una ombra de menys de dos mil milions d’anys.

Arp 116, dominat per la gegantina el·líptica Messier 60. Sense grans poblacions de gas per formar noves estrelles, les estrelles que ja existeixen dins de la galàxia acaben cremant-se, no deixant gaire cosa que pugui il·luminar el cel enrere. Les galàxies el·líptiques riques en metalls que es van quedar sense combustible el més ràpid podrien ser els millors llocs per buscar els primers planetes habitables que van sorgir a l’Univers. (TELESCOPI DE L’ESPAI HUBBLE NASA / ESA)

Es tracta d’una estimació extremadament ràpida i optimista, però hi ha alguns dos bilions de galàxies a l’Univers avui en dia, de manera que existeixen certes galàxies que són estranyes còsmiques i nivells estadístics com aquest. Les úniques preguntes que ens queden són l'abundància, la probabilitat i el calendari. La vida pot sorgir a l’Univers abans d’assolir el llindar de mil milions d’anys, però un món sostingut, continuament habitable, és un assoliment molt més gran que la vida que s’aconsegueix.

Amb el temps, l’Univers té una ombra de menys de dos mil milions d’anys, només el 13–14% de la seva edat actual, hauríem de tenir galàxies amb estrelles semblants al Sol, planetes semblants a la Terra i res per evitar que la vida pogués sorgir o sostenir-se. Els ingredients per a la vida haurien d’estar-hi. Les condicions per a la vida, com ho sabem, haurien de ser-hi. L’únic pas que queda és el que la pròpia ciència encara no sap com prendre: des de les condicions i ingredients adequats per a la vida fins a organismes vius actuals.

Més informació sobre com va ser l'Univers quan:

  • Com era quan l’Univers s’estava inflat?
  • Com era quan va començar el Big Bang?
  • Com era quan l’Univers era el més calent?
  • Com era quan l’Univers va crear per primera vegada més matèria que antimateria?
  • Com era quan els Higgs van donar missa a l’Univers?
  • Com era quan vam fer protons i neutrons?
  • Com era quan vam perdre l’última de la nostra antimateria?
  • Com era quan l’Univers va crear els seus primers elements?
  • Com era quan l’Univers va fabricar àtoms per primera vegada?
  • Com era quan no hi havia estrelles a l’Univers?
  • Com era quan les primeres estrelles van començar a il·luminar l’Univers?
  • Com era quan van morir les primeres estrelles?
  • Com era quan l’Univers va fer la seva segona generació d’estrelles?
  • Com era quan l’Univers va fer les primeres galàxies?
  • Com era quan la llum de les estrelles va sortir per primer cop pels àtoms neutres de l’Univers?
  • Com era quan es van formar els primers forats negres supermassius?
  • Com era quan es va fer possible la vida a l’Univers?
  • Com era quan les galàxies formaven el major nombre d’estrelles?

Startrts With A Bang està ara a Forbes i es va publicar a Medium gràcies als nostres seguidors de Patreon. Ethan ha estat autor de dos llibres, Més enllà de la galàxia i Treknologia: La ciència de Star Trek de Tricorders a Warp Drive.